kan in ruwe trekken beschouwd worden als een bijzondere stof, die alle materie doortrekt, en die krachten kan uitoefenen en ondergaan. De beweging er van vormt een electrische stroom.
Een voortdurende stroom kan slechts door geleiders lopen (vooral metalen en vochtige stoffen) en wordt tegengehouden door isolatoren (hout, olie, kunsthars en vele andere watervrije stoffen). Evenals water in een buizenstelsel door een pomp wordt voortgestuwd, zo stroomt de electrische stroom slechts onder invloed van een spanningsbron of electromotorische kracht (EMK); de dynamo en de batterij zijn voorbeelden hiervan. Noemt men de spanning er van V, de weerstand in dc keten r, dan gaat er een stroom door de keten van de positieve pool ( + ) naar de negatieve pool (—) ter sterkte t, bepaald door de wet van Ohm:stroomsterkte = spanning : weerstand
i = V : r
met de eenheden:
ampère (A) = volt (V) : ohm (Ω)
Wordt een gloeilamp van 1000 ohm weerstand aangesloten op een stopcontact van 220 volt, dan bedraagt de stroomsterkte 220 : 1000 = 0,22 ampère. De arbeid, die de electrische stroom per seconde verricht, wordt gegeven door het product Vi van spanning en stroomsterkte. Bij de beschouwde lamp is dit 220.0,22 = 48 watt. (fig. 1). In de tijd t wordt de arbeid Vit verricht met als eenheid de wattsecunde of joule (J). In de practijk meet en bepaalt men deze grootheid echter meest in de 3 600 000 maal grotere eenheid kilowattuur (kWh). Wanneer de electrische energie geheel in warmte wordt omgezet, mag men de wet van Ohm toepassen, wat de zgn. wet van Joule geeft: warmte-ontwikkeling = i2rt joule.
Het voordeel van de electrische energie ligt er niet alleen in, dat zij gemakkelijk langs draden vervoerd kan worden (z electriciteitsoverbrenging), maar ook dat zij gemakkelijk in andere energievormen kan worden omgezet: warmte, licht, geluid, chemische energie (electrochemie*), mechanische arbeid. Voor dit laatste dienen electromotoren, waarvan de werking op electromagnetisme* berust.
De meeste stadsnetten (z electriciteitsfabriek) leveren geen gelijkspanning, maar wisselspanning, waarbij de richting 100 maal per seconde wisselt (50 perioden), maar waarop men evengoed lampen en electromotoren kan laten werken. Een extra voordeel van wisselspanning is, dat zij gemakkelijk en zonder veel verlies verhoogd of verlaagd kan worden met een transformator*. Deze berust op electromagnetische inductie (niet te verwarren met de nog te noemen electrostatische induentie): kortweg kan men zeggen, dat door een wisselende primaire stroom in naburige geleiders door inductie tegengestelde secundaire spanningen opgewekt worden. Wanneer in een geleider een stroom wisselt, wordt daardoor ook in deze geleider zelf een tegenspanning opgewekt. Dit verschijnsel heet zelfinductie* en heeft tot gevolg, dat wisselstroom door een spoel met veel windingen, een zgn. smoorspoel, wordt tegengehouden, terwijl gelijkstroom doorgaat (fig. 2) (z electromagnetisme B).
In dit opzicht, en ook nog in andere, is de tegenhanger van een smoorspoel de condensator*. Deze bestaat uit twee geleidende platen (de bekleedsels), die doo. een isolerende laag (tussenstof of diëlectricum) gescheiden zijn. Verbindt men de bekleedsels elk met een pool van een gelijkspanningsbron, dan loopt er natuurlijk geen blijvende stroom rond, maar wel een kortstondige laadstroom, omdat een zekere hoeveelheid electriciteit of lading Q, van de positieve pool naar de daarmee verbonden plaat loopt en evenveel uit de andere plaat naar de negatieve pool weggezogen wordt. De eerste plaat draagt na dit laden een positieve lading en de andere een even grote negatieve. En wel is Q = CV, d.w.z. de lading is evenredig met de spanning V en met de capaciteit* C van de condensator. De grootheid C is evenredig met de oppervlakte der platen, met de diëlectriciteitsconstante van de tussenstof en omgekeerd evenredig met de afstand tussen de platen. Bij wisselspanning vindt het laadproces 50 maal per seconde in beide richtingen plaats. Deze 100 laadstromen met elkaar vormen een vrij krachtige wisselstroom, die door de condensator lijkt te gaan: „Een flinke condensator laat wisselstroom door”.
In geladen toestand blijken de condensatorplaten elkaar aan te trekken. Deze kracht wordt electrostatisch genoemd, omdat zij door electriciteit in rust wordt uitgeoefend, in tegenstelling met de reeds genoemde electromagnetische krachten, die alleen door stromende electriciteit worden uitgeoefend. Algemeen blijkt er een aantrekkende electrostatische kracht tussen ongelijknamige ladingen en een afstotende tussen gelijknamige te heersen. Voor puntvormige ladingen Q en Q’ op een afstand r van elkaar is de grootte van deze kracht gegeven door de wet van Coulomb: K = QQ'/r2, als men zich van electrostatische eenheden bedient (z electrische eenheden).
De electrostatische verschijnselen kunnen alle teruggebracht worden op de wet van Coulomb. Bij gegeven ladingen kan men in ieder punt de veldsterkte uitrekenen, d.i. de kracht, die in dat punt op de eenheid van lading uitgeoefend zou worden. De richting van de veldsterkte is experimenteel zichtbaar te maken, doordat snippertjes haar en dergelijke zich in die richting leggen en zich zo aan elkaar voegen tot krachtlijnen (fig. 3). Electrische krachtlijnen gaan uit van positieve ladingen en eindigen op negatieve. Loodrecht op de krachtlijnen kan men equipotentiaalvlakken construeren. Langs deze kost het verplaatsen van een lading geen arbeid, omdat de kracht er overal loodrecht op staat. De potentiaal (hetzelfde wat hierboven als spanning V was aangeduid) is daarom langs zo’n vlak constant.
Plaatst men een neutraal (= ongeladen) voorwerp in een electrisch veld, bijv. van een positieve puntlading (fig. 4), dan scheiden zich de in het neutrale voorwerp aanwezige negatieve en positieve electriciteit. Dit heet influentie. De negatieve lading gaat naar de kant van de influencerende positieve lading, de positieve naar de daarvan afgewende kant. Dit is uit het krachtlijnenbeeld af te lezen en volgt ook uit de wet van Coulomb. Tevens volgt daaruit nu, dat de aantrekking op de dichterbij gelegen negatieve lading overweegt over de afstoting van de gelijknamige lading. Er resulteert dus een aantrekking, evenals van een stuk week ijzer door een magneetpool (z magnetisme).
Reeds de Grieken kenden de aantrekking van lichte voorwerpen door gewreven barnsteen, dat zij „elektron” (ἠλεχτϼον) noemden; hiervan is de naam electriciteit afgeleid. Later ontdekte men, dat bij wrijving van twee stoffen deze tegengesteld gelijke ladingen krijgen. De stof met de grootste diëlectriciteitsconstante krijgt de positieve lading (regel van Coehn).
In het huidige atomistische wereldbeeld hebben de positieve en negatieve electriciteit concrete betekenis als kern* (positief) en daaromheen lopende electronen* (negatief) (z atoom, atoommodel). Electronen kunnen zich in een metaal vrij van atoom tot atoom bewegen, maar zijn in isolatoren aan een bepaald atoom gebonden. Is de bindingssterkte klein, dan is de diëlectriciteitsconstante groot. Aan de andere kant verliest zo’n stof deze electronen gemakkelijk aan een andere stof met een sterkere aantrekking. Dit gebeurt bijv. bij wrijving; door het verlies van de negatieve electronen wordt zijzelf daarbij positief. Dit verklaart de regel van Coehn.
PROF. DR J. A. PRINS
Lit.: Bragg, Electricity (1936); Graetz, Die Elektrizität und ihre Anwendungen (23ste dr. 1928).
